爆破式限流熔断器在苏丹电厂的应用与研究

范君龙， 陈怀宇

(核工业第二研究设计院，北京 100840)

0 引言

中国设计完成的苏丹炼油厂工程是苏丹当时前五名的国家支柱型企业，由于该项目自建成后效益好、运行水平高，极大增强了苏丹与中国的友好关系。但是由于苏丹132kV国家电网基础薄弱，停电概率较大，使得苏丹炼油厂运行的安全性、经济性以及总体效益受到了极大制约。基于当时的现状，笔者所在单位应邀负责苏丹炼油厂燃油自备电厂(后统称“自备电厂一期”)的设计。自备电厂装机容量为3×12 000kW+1×6 000kW，与132kV电网相连，共同为炼油厂服务，自建好投入使用后，解决了经常停电的问题，效益大增，业主反馈良好。

然而，随着炼油厂产能和规模的不断扩大，苏丹国家电网的发展仍原地踏步，导致自备电厂的容量已不能满足炼油厂生产需求。因此笔者所在单位再次应邀负责设计第二个自备电厂(即二期工程)。二期工程装机容量为2×15 000kW的燃气轮发电机组。爆破式限流熔断器用在一期自备电厂和二期自备电厂之间的并列运行上。两年之后，二期自备电厂投入运行，到目前为止运行良好。

1 电厂的设计及难点

1.1 电厂的设计

图1左侧虚线框内为一期自备电厂，其接线方式为3×12 000kW+1×6 000kW的6kV发电机组，通过2台主变与132kV国家电网连接。图1左下方工作母线6kV-I和6kV-II为炼油厂主要用电负荷。

图1右侧虚线框内为二期自备电厂，其电网构架设计为2×15 000kW，额定电压为6kV的发电机组。初步设计完成时将一部分炼油厂的新负荷由二期自备电厂供电。一期电厂、二期电厂分列(独立)运行，这也是传统的标准设计方法和运行方式。

1.2 设计难点

二期电厂初步设计后的审批过程中，苏丹业主方面提出基于炼油厂的统一指挥、统一运行的管理模式，希望一期、二期自备电厂能够并列(连接)运行。

图1 电厂设计图

作为设计方，笔者所在单位认为：一期电厂6kV短路电流为24kA，选用31.5kA分断能力的断路器，开关柜约为100台；二期电厂6kV处短路电流计算结果为21kA，选用分断能力为31.5kA断路器，开关柜约为80台。如果2个电厂在6kV处连接运行，短路电流将达到45kA，超出原有一期电厂6kV断路器分断短路电流能力。如此，则需将一期电厂的6kV开关柜断路器全部更换为分断能力为50kA的6kV断路器或增加一些电抗器用于抑制短路电流。另外还会涉及继电保护的大量修改工作，这势必影响炼油厂的正常运行和生产。

但是，苏丹方面依然希望设计方尽全力满足要求，尽快给出相应的解决方案，并承诺将全力配合、支持设计方对此难题的解决。

2 解决方案

在符合设计规范并保证功能实现的前提下,设计方为尽量满足业主需求,首先考虑了A、B两种解决方案。

2.1 方案A：更换开关柜

将一期自备电厂的6kV、31.5kA断路器全部更换为分断能力更高的50kA开关柜断路器(二期自备电厂也将选为50kA分断能力的断路器)。

该方案优点：(1)50kA断路器分断能力可满足业主的两个电厂连接运行要求；(2)设计改动相对较小。

此方案存在问题：(1)100台左右的开关柜均需更换，增加了巨大的额外投资；(2)二次侧，继电保护修改量大；(3)在更换期间，炼油厂需要停产相当长的一段时间，经济损失巨大。

2.2 方案B：加装串联电抗器

在一期自备电厂所有6kV母线前加装串联电抗器，以限制新增的短路电流。

此方案优点：(1)加装串联电抗，能限制短路电流，可满足业主两个连接运行的要求；(2)电抗器设备价格便宜，相对方案A节省大批资金。

此方案存在问题：(1)需要核对6kV各配电室是否具备安装新增电抗器的条件，改造工作量大；(2)虽然电抗器投资很小，但是长期串联使用，降低了电厂运行的经济性；(3)在安装电抗器期间，炼油厂也需要停产一段时间，但时间比更换全部开关柜要少。

在考虑上述两种方案的同时，又经过一个月的调研、查找文献，以及与中石油及苏丹业主的不断沟通，作为设计方，笔者所在单位经过多次考察和试验，选定了一款Is-limiter爆破式限流熔断器，最终设计得出方案C。

2.3 方案C：加装爆破式限流熔断器

在一期自备电厂与二期自备电厂之间的6kV厂用电处，加装爆破式限流熔断器，使得正常情况下，两个电厂能够满足连接运行要求，这也是苏丹二期电厂设计采用的最终方案。

此方案(参见图1的点划线区域)解决了扩建中短路电流增大带来的难题，节约了大量投资，且第一电厂和第二电厂均不用修改。

3 爆破式限流熔断器

3.1 工作原理

工程中的6kV母线接在“爆破式限流熔断器”(剖面图参见图2)的主回路上，主回路通过雷管桥联通。正常工作时大部分负荷电流从主回路流过，熔断器似一个旁路装置，仅流过部分负荷电流；一旦主回路某一侧发生短路故障，主回路中的信号鉴别装置探测到短路电流到来，在其还处于上升初始阶段时，立刻点燃雷管将雷管桥炸开，这时短路电流仅能从熔断器回路流过，此时限流熔断器发挥限流作用，不等短路电流达到峰值就已经熔断，从而起到隔离短路电流，保护电厂安全运行的目的。爆破式限流熔断器的关键技术在于：

图2 Is-limiter限流器主件剖面图

(1)主回路信号，鉴别装置可在极短的时间内依据所在短路电流第一个周波的上升陡度进行计算，从而判断出即将到来的短路电流峰值为多少，一旦判断短路电流预期峰值超过设定值，则迅速反应，命令炸开主回路。

(2)鉴别装置发现短路电流第一个周波上升陡度超过设定值→命令炸开主回路→熔断器旁路熔断→一、二期电厂电网解列，整个瞬态过程在5ms内完成。

(3)爆炸过程都是在爆破式熔断器柜的金属盒内完成。两个电厂分开运行后，对爆破式限流熔断器的更换工作，只需10min即可完成(也就是说10min后两个自备电厂即可重新恢复到并列运行状态)。

3.2 安装

一期、二期自备电厂的6kV母线连接处，增加爆破式限流熔断器柜，用来连接电厂间III段母线和IV段母线的A、B、C三相。爆破式限流熔断器柜安装在6kV配电装置室内。

4 结束语